摘要：对于众多的电气设备而言，其都有可能出现无功功率的现象，其是电气运作的必要要求同时也反映着电气的负载特性，其大小和分布的变化都影响着电气电压的稳定性，因此在电力系统的无功补偿装置的设置其是具有重要意义的。在此背景下，文章围绕电力系统中无功补偿为中心，分原理、种类以及优势三部分展开了细致的分析探讨。
关键词：电力系统；无功补偿装置；应用研究
1无功补偿的原理
根据电能的作用形式不同，将电网输出功率分为有功功率和无功功率两部分。其中有功功率就是指将电能转化为实际可用的动能、热能或化学能，为人们日常生活或企业工作提供必要的动力能源；无功功率就是电力输送过程中消耗的电能，这部分电能转化为另一种形式的能，以供电力系统中的电气设备运行。这里所指的“无功”，并不等同于“无用”。无功补偿的本质实际上是利用一种无功补偿器所发出的无功来抵消负载或潮流的无功部分，以减轻输电线路的负担。这种无功补偿器可以给电网提供所需的无功功率，也可以根据电网需求从电网吸收无功功率。理论上“无功电源”本身是不产生也不消耗任何有功功率的，因此，它不需要原动机，只需在适当时刻能提供或吸收所需大小的无功功率即可完成无功补偿的任务。
2电力系统中无功补偿的优势所在
2.1电力系统中无功补偿带有无源滤波
电力系统中无功补偿带有无源滤波此类的无功补偿其能够起到滤波的作用，其在原理上主要是利用并联 LC 串联电路中的某一次谐波形成一个短路，进而实现对基波形成纯电感或者纯电容的无功补偿。该类补偿其一般应用于低次的谐波之中，例如 5、7、11、13 次等谐波的无功补偿。
2.2便捷化的人机操作
在电力系统中的补偿装置通常都会内置高速的微处理器，进而可以实现快速的数据采集、分析计算、控制输出、信号处理以及优化决策，进而可以达到便捷化人机操作的目的。在以上环节正式给以运行之前，其需要设置出一定的运作参数，而无功补偿装置其便捷化的人工操作，可以很好的实现系统控制的准确性和灵活性，在一些特殊的情况下，还可以通过键盘以及显示屏进行历史数据的调用。
2.3控制参数的整体化设置
就现阶段而言，现代化的无功补偿装置其智能化的程度一般是很高的，例如在控制目标上可以将其设定为功率因数补偿、电压稳定、专家系统、瞬时无功控制以及智能控制等诸多的形式。同时为了实现通用化的使用，部分无功补偿装置其控制器部分还设置了电压或者电流的互感器变比、历史数据查询、通信波特率以及故障次数记录等。
2.4灵活化的网络通信功能
对于目前广泛使用的电力系统中的无功补偿装置而言，其通常都具备远程通信的工能，并且在具体的使用中，还可以设置出相对应的远程端口、波特率以及通信协议。就现阶段使用较为广泛的串行通信通道有 ＲS485 和 ＲS232 两种。
3无功补偿的作用
3.1保证系统的电压质量
从能量守恒定则上来说，系统发出的功率是不变的，当负载是电机或者电磁灶之类的感性负载或者是容性负载时，其在使用的过程中会拉低系统的电压，而无功补偿装置的投入将会提高系统的电压，以保证系统的电压质量。
3.2提高电网的利用率，从而减少投资功率因数的提高，证明系统的有功输出增加，而在同样的容量下，有功功率的增加意味着所带的负载增加，这样在同样的容量下，就提高了电网的利用率。
3.3按照电业局的标准，如果用户所带的负载产生无功功率过多从而影响整个系统的电压质量，将会被罚款，采用无功补偿装置将能避免被罚款，且减少无功功率的消耗。
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3.4提高电网的传输能力，尤其是远距离传输。
4无功补偿装置分类及选择
4.1机械旋转类无功补偿装置
作为最早应用的无功补偿装置，机械旋转类无功补偿装置发挥着无功调节、静态电压稳定的作用。与现代常用的静止类无功补偿装置相比，机械旋转类无功补偿装置是借助于转子绕组的励磁电流调节，进而达到调控无功功率输出的目的。具体包括同步调相机、同步发电机、同步电动机三类：
（1）同步调相机。从本质上来说，同步调相机可以近似看做一台同步电动机，两者间的主要区别在于同步调相机运行过程中不会产生负载。同步调相机的补偿特点是它既能够过励磁运行，也能够欠励磁运行。当过励磁运行时，同步调相机生成感性无功功率，此时起到升压的效果；反之，欠励磁运行时能够吸收感性无功功率，进而达到降压的效果。由于无功补偿灵活，因此同步调相机在早期的电力系统中有着广泛的应用。
（2）同步发电机。在传统的电网中，同步发电机也是一种常见的无功补偿装置。但是随着电力系统向信息化和智能化方向发展，同步发电机的无功补偿效果难以满足电力系统的运行需求，逐渐被其他装置所代替。同步发电机的无功补偿原理与同步调相机大体类似，但是同步发电机不仅能够调节发电机的励磁电流，而且能够有效控制发电机的输出电压，进而实现了对无功功率的调控。但是同步发电机的调控功能相对有限，通常情况下，其调控幅值的大小会受到发电机运行电压的影响。同步发电机不适合用作无功补尝装置的原因在于，发电机自身的电容较小，且运行过程中内部电压的波动幅度较大，容易造成电路运行不稳。尤其是在发电机超负荷运行的状态下，很有可能因功率过大而击穿绝缘层，引发电机故障。
4.2静止类无功补偿装置
静止类无功补偿装置没有旋转部分，整个设备在运行过程中处于相对静止状态。静止类无功补偿装置与旋转类无功补尝装置相比，体积更小、效率更高，并且由于采用集成化控制，因此系统的响应速度快。目前电力系统中所用的无功补偿装置中约有80%以上采用静止类无功补偿装置，具体包括固定电容、晶闸管控制电抗器、静止无功补偿器等：
（1）固定电容。利用固定电容实现负载侧无功补偿，具有结构简单、经济实用的应用优势。但是在实际应用中也发现，固定电容的应用缺点也比较明显：在电容通电的瞬间，其瞬时电压往往要超过额定电压的几十倍甚至上百倍，此时电容内部电流超载运行，很容易击穿电容，直接造成设备的损坏。除此之外，固定电容只能实现分级补偿，这也就意味着无功补偿的效果十分有限，并且逐级补偿也会浪费较多的时间，很难保证无功补偿和电力系统调控的实时性。
（2）晶闸管控制电抗器。电力系统实际运用中的晶闸管控制电抗器结构较为复杂，但是基本的组成部分包括固定电抗器和双向导通晶闸管。作为一种感性无极补偿器，晶闸管控制电抗器可以根据晶闸管内部电压的变化，来实现对感性电抗的无极调节。
结语：
综上所述，在无功补偿的发展历史中，电力电子开关对无功补偿技术的发展起到了非常重要的推动作用，它的应用是无功补偿发展中的一个重要里程碑。电力电子开关不仅能保证快速、准确地实施补偿，还能够将先进的智能控制技术引入到无功补偿中，使其具有了高度的灵活性和实时性，更好地保证了系统运行的稳定性和可靠性。通过工作实践证明，科学选用无功补偿装置，能够起到降低电能损耗、保证供电质量的目的，对于满足各个行业的用电需求起到了很好的保障作用。
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论文作者:易晓雪,李振国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/30
标签：装置论文; 电力系统论文; 功率论文; 电压论文; 发电机论文; 电容论文; 步调论文; 《电力设备》2017年第25期论文;